P-△效应及结构阻尼对半刚性连接钢框架动力性能的影响

摘要

在1994年美国北岭(Northridge)地震和1995年日本阪神大地震中,许多采用全焊接刚性连接的钢结构节点遭到了严重的脆性破坏,引起了工程技术人员对连接的重新审视。这两次地震后,半刚性连接钢框架在地震作用下的整体性能成为各国学者研究的一个重要课题。
　　 在钢框架的传统分析和设计中,将框架的梁柱连接假设成为理想的铰接或完全的刚接。虽然,这样简化了钢框架的分析和设计过程,但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的,也不能反映结构工作的实际情况,计算结果误差较大,不利钢框架的结构抗震设计。
　　 本文主要以一栋三层半刚性连接钢框架为例,针对半刚性连接钢框架的动力性能,应用ANSYS有限元软件,通过动力时程分析,研究了半刚性连接钢框架在循环加载、地面加速度、地震荷载这三种不同动力荷载情况下的动力响应。因为P-△效应和结构阻尼对不同连接形式钢框架性能有较大变化,所以本文着重研究P-Δ效应和结构阻尼这两个因素在不同动力荷载情况下对半刚性连接钢框架动力性能的影响,并与刚性连接钢框架所得结果进行对比分析。
　　 本文的分析结果表明:
　　 1、P-Δ效应对半刚性连接钢框架动力性能的影响比刚性连接钢框架显著,并且随着竖向荷载的增加而加剧。所以,限制P-△效应对半刚性连接钢框架在动力荷载作用下的变形控制更为关键。
　　 2、总体上看,结构阻尼对半刚性连接钢框架动力性能的影响要大于刚性连接钢框架,尤其是钢框架的侧移响应。半刚性连接钢框架由于节点的半刚性在地震作用下增加了结构的耗能能力和延性,使其产生了附加的结构有效阻尼比。
　　 3、结构阻尼对结构动力响应时程曲线的幅值影响明显,但对动力响应峰值出现的时刻、以及结构往复振动的次数影响不大。通过对结构阻尼比的合理取值,能够使半刚接钢框架的侧移有效减少,使其侧移值与刚性连接钢框架侧移值相近的同时,又能有效降低柱底剪力,充分发挥半刚性连接钢框架耗能减震的效果。
　　 最后,在总结本文工作的基础上,提出了一些本课题需要改善和进一步研究的问题。